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Python使用struct处理二进制(pack和unpack用法)

watrt6个月前 (05-14)Python840

有的时候需要用python处理二进制数据,比如,存取文件,socket操作时.这时候,可以使用python的struct模块来完成.可以用 struct来处理c语言中的结构体.
 

struct模块中最重要的三个函数是pack(), unpack(), calcsize()

pack(fmt, v1, v2, ...)     按照给定的格式(fmt),把数据封装成字符串(实际上是类似于c结构体的字节流)
unpack(fmt, string)       按照给定的格式(fmt)解析字节流string,返回解析出来的tuple
calcsize(fmt)                 计算给定的格式(fmt)占用多少字节的内存

 

struct中支持的格式如下表:

FormatC TypePython字节数
xpad byteno value1
ccharstring of length 11
bsigned charinteger1
Bunsigned charinteger1
?_Boolbool1
hshortinteger2
Hunsigned shortinteger2
iintinteger4
Iunsigned intinteger or long4
llonginteger4
Lunsigned longlong4
qlong longlong8
Qunsigned long longlong8
ffloatfloat4
ddoublefloat8
schar[]string1
pchar[]string1
Pvoid *long

注1.q和Q只在机器支持64位操作时有意思

注2.每个格式前可以有一个数字,表示个数

注3.s格式表示一定长度的字符串,4s表示长度为4的字符串,但是p表示的是pascal字符串

注4.P用来转换一个指针,其长度和机器字长相关

注5.最后一个可以用来表示指针类型的,占4个字节
 

为了同c中的结构体交换数据,还要考虑有的c或c++编译器使用了字节对齐,通常是以4个字节为单位的32位系统,故而struct根据本地机器字节顺序转换.可以用格式中的第一个字符来改变对齐方式.定义如下:

CharacterByte orderSize and alignment
@nativenative            凑够4个字节
=nativestandard        按原字节数
<little-endianstandard        按原字节数
>big-endianstandard       按原字节数
!network (= big-endian)

standard       按原字节数

使用方法是放在fmt的第一个位置,就像'@5s6sif'
 

示例一:

比如有一个结构体

struct Header
{
    unsigned short id;
    char[4] tag;
    unsigned int version;
    unsigned int count;
}

通过socket.recv接收到了一个上面的结构体数据,存在字符串s中,现在需要把它解析出来,可以使用unpack()函数.

import struct
id, tag, version, count = struct.unpack("!H4s2I", s)

上面的格式字符串中,!表示我们要使用网络字节顺序解析,因为我们的数据是从网络中接收到的,在网络上传送的时候它是网络字节顺序的.后面的H表示 一个unsigned short的id,4s表示4字节长的字符串,2I表示有两个unsigned int类型的数据.

就通过一个unpack,现在id, tag, version, count里已经保存好我们的信息了.

同样,也可以很方便的把本地数据再pack成struct格式.

ss = struct.pack("!H4s2I", id, tag, version, count);

pack函数就把id, tag, version, count按照指定的格式转换成了结构体Header,ss现在是一个字符串(实际上是类似于c结构体的字节流),可以通过 socket.send(ss)把这个字符串发送出去.


示例二:

import struct
a=12.34
#将a变为二进制
bytes=struct.pack('i',a)

此时bytes就是一个string字符串,字符串按字节同a的二进制存储内容相同。


再进行反操作

现有二进制数据bytes,(其实就是字符串),将它反过来转换成python的数据类型:

a,=struct.unpack('i',bytes)

注意,unpack返回的是tuple

所以如果只有一个变量的话:

bytes=struct.pack('i',a)

那么,解码的时候需要这样

a,=struct.unpack('i',bytes) 或者 (a,)=struct.unpack('i',bytes)

如果直接用a=struct.unpack('i',bytes),那么 a=(12.34,) ,是一个tuple而不是原来的浮点数了。


如果是由多个数据构成的,可以这样:

a='hello'
b='world!'
c=2
d=45.123
bytes=struct.pack('5s6sif',a,b,c,d)

此时的bytes就是二进制形式的数据了,可以直接写入文件比如 binfile.write(bytes)

然后,当我们需要时可以再读出来,bytes=binfile.read()

再通过struct.unpack()解码成python变量

a,b,c,d=struct.unpack('5s6sif',bytes)

'5s6sif'这个叫做fmt,就是格式化字符串,由数字加字符构成,5s表示占5个字符的字符串,2i,表示2个整数等等,下面是可用的字符及类型,ctype表示可以与python中的类型一一对应。


注意:二进制文件处理时会碰到的问题

我们使用处理二进制文件时,需要用如下方法

binfile=open(filepath,'rb')    读二进制文件
binfile=open(filepath,'wb')    写二进制文件

那么和binfile=open(filepath,'r')的结果到底有何不同呢?

不同之处有两个地方:

第一,使用'r'的时候如果碰到'0x1A',就会视为文件结束,这就是EOF。使用'rb'则不存在这个问题。即,如果你用二进制写入再用文本读出的话,如果其中存在'0X1A',就只会读出文件的一部分。使用'rb'的时候会一直读到文件末尾。

第二,对于字符串x='abc\ndef',我们可用len(x)得到它的长度为7,\n我们称之为换行符,实际上是'0X0A'。当我们用'w'即文本方式写的时候,在windows平台上会自动将'0X0A'变成两个字符'0X0D','0X0A',即文件长度实际上变成8.。当用'r'文本方式读取时,又自动的转换成原来的换行符。如果换成'wb'二进制方式来写的话,则会保持一个字符不变,读取时也是原样读取。所以如果用文本方式写入,用二进制方式读取的话,就要考虑这多出的一个字节了。'0X0D'又称回车符。linux下不会变。因为linux只使用'0X0A'来表示换行。

小测试

对fontmaker生成的字符文件头进行解析

import os
import struct
fontinfo={}
f=open("arialuni_U16.bin","rb")
fonthead=f.read(16)
print(fonthead)
len(fonthead)

print(struct.unpack("3sbibbhhh", fonthead)) #打印出解析结果

#解析后合并到数组中
fontinfo['id'],fontinfo['version'],fontinfo['fileconut'],fontinfo['Section'],fontinfo['height'],fontinfo['code'],fontinfo['fontcount'],fontinfo['keep']=struct.unpack("3sbibbhhh", fonthead)
print(fontinfo)

# 封装测试
buffer = struct.pack("ihb", 1, 2, 3)

运行结果

b'UFL\x11\x10\xb9\x07\x00\x01\x10\x02@\x8c\x1e\x00\x00'
(b'UFL', 17, 506128, 1, 16, 16386, 7820, 0)
{'id': b'UFL', 'version': 17, 'fileconut': 506128, 'Section': 1, 'height': 16, 'code': 16386, 'fontcount': 7820, 'keep': 0}


标签: micropython
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